Cinque idee che hanno mancato il bersaglio

Anche se l’hai fatto mai aperto un libro di testo di fisica, ci sono buone probabilità che tu abbia ancora sentito parlare di Albert Einstein. Con un nome che oggi è sinonimo di genio, Einstein irruppe sulla scena della fisica all’inizio del XX secolo con idee sul nostro universo che sono ancora oggi fondamentali per la scienza, inclusa la famosa nozione che l’energia è proporzionale alla massa di un oggetto moltiplicata per la velocità della luce. Oppure, E = mc^2.

Più di un secolo da quando Einstein ha pubblicato il suo articolo fondamentale sulla relatività generale (che ci ha fornito idee come la dilatazione del tempo e lo spazio-tempo), gli scienziati moderni hanno continuato a dimostrare che molte altre previsioni di Einstein erano corrette. Tuttavia, anche per un grande fisico come Einstein, non tutte le sue idee potrebbero essere banali.

L’immagine del buco nero M87 ha confermato le previsioni sugli orizzonti degli eventi attorno ai buchi neri supermassicci. Collaborazione con Event Horizon Telescope

5. Einstein non credeva nei buchi neri

Oggi, lo studio e persino l’imaging dei buchi neri è una pratica standard. Einstein, tuttavia, non era convinto che i buchi neri esistessero davvero, nonostante discendessero direttamente dalla sua teoria della relatività generale.

Nel 1939 Einstein scrisse un articolo per il Annali di matematica per confutare quella che all’epoca era chiamata “singolarità di Schwarzschild”, dal nome dell’astronomo Karl Schwarzschild. Una delle principali scoperte della teoria della relatività generale di Einstein è stata l’unione di spazio e tempo in un tessuto ordinato, attraverso il quale la gravità si increspa. Tuttavia, nel 1916, Schwarzchild si rese conto che le stesse teorie che stabilivano lo spazio-tempo potevano anche crollare catastroficamente nel punto di una singolarità gravitazionale, creando un “buco” da cui nemmeno la luce poteva sfuggire.

L’idea fu in gran parte ignorata fino al 1935, quando l’astrofisico Subrahmanyan Chandrasekhar predisse un meccanismo sotto forma di una stella morente estremamente densa che collassa su se stessa. Oggi, questa è la classica definizione di buco nero.

Forse per sostenere le sue teorie sullo spazio-tempo, Einstein scrisse nel suo articolo del 1939 che le singolarità di Schwarzschild “non esistono nella realtà fisica”.

4. La meccanica quantistica lo faceva contorcere

Parte di ciò che ha reso famoso Einstein è la sua rivisitazione della cosiddetta “meccanica classica” dei tempi di Newton.

Secondo Einstein, fenomeni macroscopici come la gravità sono prevedibili attraverso calcoli accurati. Nel mondo perfetto di Einstein, questa comprensione stereotipata del nostro mondo si espanderebbe dalle stelle più grandi della nostra galassia alle particelle più piccole. La meccanica quantistica, che iniziò ad emergere negli anni ’20 per descrivere il mondo microscopico, era dalla parte del caos.

Secondo i sostenitori delle teorie quantistiche, il mondo degli atomi era in realtà basato molto più sulla probabilità che sulle certezze assolute. Nella meccanica quantistica, le particelle non “esistono” in un dato luogo finché non le osservi e possono comunicare cambiamenti fisici a grandi distanze senza mai toccarsi.

La fisica quantistica che gioca veloce e liberamente con l’ordine dell’universo è qualcosa a cui Einstein si oppose a un livello fondamentale. Notoriamente, ha detto al fisico Max Born che “Dio non gioca a dadi con l’universo”, riferendosi alla natura probabilistica sottostante della meccanica quantistica.

Sebbene le teorie della relatività di Einstein funzionino bene per il mondo macroscopico, non riescono a descrivere accuratamente il mondo del submicroscopico così come può fare la meccanica quantistica.

3. Ha vacillato sulle onde gravitazionali

Nel 2015, gli scienziati hanno confermato una delle teorie di Einstein in modo massiccio utilizzando rivelatori estremamente sensibili chiamati LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) per rilevare le piccole increspature nello spazio-tempo causate dalla gravità. Queste onde gravitazionali furono originariamente previste da Einstein nel 1916 come un effetto collaterale naturale della relatività generale. Ma 20 anni dopo la sua previsione iniziale, Einstein nutriva seri dubbi sull’esistenza delle onde gravitazionali sulla base del fatto che, come i buchi neri, credeva che le onde gravitazionali avrebbero creato una singolarità.

“Sono arrivato all’interessante risultato che le onde gravitazionali non esistono, sebbene fossero state assunte una certezza in prima approssimazione”, scrisse Einstein a un amico nel 1936.

Forse fortunato per Einstein in retrospettiva, il documento originale che ha presentato per confutare l’esistenza delle onde gravitazionali è stato rimandato per revisioni e correzioni per errori matematici. Un Einstein arrabbiato ritirò l’articolo prima di rielaborare la matematica e scoprire che le onde gravitazionali prevalevano, riportandolo dalla parte giusta della storia con la sua opinione sulle onde gravitazionali.

2. Non poteva accettare un universo in espansione

È risaputo ora che il nostro universo non si sta solo espandendo ma sta accelerando, probabilmente grazie all’energia oscura. Gli scienziati lo hanno determinato osservando il redshift delle galassie che indicano che si stanno allontanando dal nostro punto di osservazione sulla Terra. Tuttavia, ai tempi di Einstein, questa scoperta non era stata ancora scoperta.

L’ipotesi degli scienziati dell’inizio del XX secolo, incluso Einstein, era che l’universo fosse statico. Sulla base di ciò che sono stati in grado di osservare in quel momento, questa ipotesi ha senso. Dopotutto, le stesse costellazioni si muovono nel cielo con le stagioni della Terra. Tuttavia, le teorie di Einstein sulla relatività generale hanno incontrato problemi quando hanno cercato di catturare questa presunta realtà. Per colmare questa lacuna, Einstein introdusse qualcosa nel 1917 chiamata “costante cosmologica” nelle sue equazioni. In sostanza, questo fattore immutabile ha contribuito a mantenere stabile l’universo nella matematica di Einstein senza influire su altri elementi dell’equazione.

Questa aggiunta, tuttavia, sarebbe quella che Einstein avrebbe definito uno dei suoi più grandi errori. Nel 1929, un team di scienziati che includeva Edwin Hubble fece la prima osservazione di un universo in espansione da un telescopio in California.

“Allora via con la costante cosmologica!” Einstein avrebbe detto a Hubble alcuni anni dopo.

Einstein propone un universo finito a un evento AAAS. Archivio quotidiano Herald/SSPL/Getty Images

1. Il “Santo Graal della fisica” gli sfuggiva

Verso la fine della sua vita, Einstein concentrò gran parte delle sue energie sulla risoluzione di un problema che gli scienziati oggi non hanno ancora risolto: l’unificazione delle forze sotto un’unica teoria principale. Ci sono quattro forze fondamentali che governano il nostro mondo: gravità, elettromagnetismo e forze nucleari forti e deboli. Sebbene queste forze possano essere osservate e spiegate con discrezione, Einstein sognava una teoria unificata che potesse catturare tutte queste forze contemporaneamente. In particolare, era interessato a scoprire una teoria per unire le due forze più osservabili: gravità ed elettromagnetismo.

Sebbene Einstein non sia solo in questo sogno, lui e persino gli scienziati moderni devono ancora risolvere questo problema. Il modello standard è stato introdotto negli anni ’70 per spiegare congiuntamente le interazioni dell’elettromagnetismo e delle forze nucleari, ma la gravità purtroppo non si adatta a questo modello.

Al momento, sembra che Einstein avesse torto sull’essere in grado di unificare la gravità con le altre forze. Detto questo, sono successe cose più strane dei futuri scienziati che rispolverano le teorie di Einstein per dimostrarle corrette.

dieci il suo 143esimo compleanno, Inverso celebra il fisico più iconico del mondo e interroga il mito del suo genio. benvenuto a Settimana Einstein.

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